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Submitted on 22 Oct 2018
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Méthode de détection de risques de phénomènes thermiques pendant la lutte contre les feux de
compartiments
Amal Bouaoud
To cite this version:
Amal Bouaoud. Méthode de détection de risques de phénomènes thermiques pendant la lutte contre les feux de compartiments. Mécanique [physics]. Normandie Université, 2018. Français. �NNT : 2018NORMLH14�. �tel-01900734�
THESE
Pour obtenir le diplôme de doctorat Discipline : Physique
Spécialité : Mécanique
Préparée au sein du :
Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (CNRS, UMR 6294)) Université Le-Havre Normandie
Ecole Doctorale SPMII
Méthode de détection de risques de phénomènes thermiques pendant la lutte contre les feux de compartiments
Présentée et soutenue par Amal BOUAOUD Le 19 Mars 2018
Thèse dirigée par Michel LEBEY
Thèse soutenue publiquement le (date de soutenance) devant le jury composé de
Rapporteur Khaled CHETEHOUNA
Professeur des Universités
INSA Centre Val de Loire - Campus de Bourges Laboratoire PRISME UPRES EA 4229
Rapporteur Jean-Pierre GARO
Professeur des Universités
IUT de Poitiers,
Institut P-Prime CNRS UPR 3346,
Examinateur Hui-Ying WANG
CNRS, Directeur de Recherche
Institut P-Prime CNRS UPR 3346
Département Fluide-Thermique-Combustion
Examinateur Alexandre BERRED
Professeur des Universités
Université Le-Havre Normandie
Laboratoire de Mathématiques Appliquées du Havre EA 3821 - FR CNRS 3335
Examinatrice Béatrice PATTE-ROULAND Professeure des Universités
Université Rouen Normandie, CORIA CNRS UMR 6614
Examinateur Michel LEBEY
Maître de Conférences HDR
Université Le-havre Normandie
Laboratoire d'Ondes et Milieux Complexes CNRS, UMR 6294
Invité Eloi LAMBERT
Maître de conférences
Université Le-havre Normandie
Laboratoire d'Ondes et Milieux Complexes CNRS, UMR 6294
Invité Hervé COLIBERT
Commandant de Sapeurs-pompiers
Service Départemental d'Incendie et de Secours de Seine-Maritime
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Remerciements
Dans un premier temps, je tiens à remercier mon directeur de thèse, Monsieur Michel LEBEY, pour son encadrement et accompagnement le long de cette expérience, ce qui m’a permis d’approfondir mes connaissances dans la recherche opérationnelle incendie.
Je souhaite remercier aussi ma co-directrice de thèse, Madame Béatrice PATTE ROULAND, pour sa gentillesse et sa bienveillance accordées tout au long de mon parcours de thèse.
Mes remerciements s’adressent aussi à l’équipe Recherche Opérationnelle Incendie du Havre, en premier lieu, Monsieur Eloi LAMBERT pour son encadrement, son aide précieuse et le temps qu’il m’a accordé jusqu’à la fin de ce parcours. Je remercie aussi Monsieur Hugues BESNARD pour son aide et tous les moments que l’on a partagés sur le terrain.
J’adresse aussi mes remerciements les plus distingués à Monsieur Khaled CHETEHOUNA et Monsieur Jean Pierre GARO pour avoir accepté d’examiner mon travail, leurs rapports m’ont été précieux dans l’élaboration de la version définitive de mon mémoire.
Je remercie aussi les illustres membres du jury : Monsieur Hui Ying WANG président du jury, Monsieur Alexandre BERRED et Monsieur Hervé COLLIBERT, pour leur présence et leurs remarques pertinentes.
Je tiens à exprimer mes remerciements les plus sincères à tous les membres du LOMC et en particulier, Monsieur Innocent MUTABAZI, directeur du LOMC, Monsieur Abdelghani SAOUAB directeur adjoint du LOMC et de l’école Doctorale PSIME et Madame Carole LEGUEN secrétaire de direction au sein du LOMC pour leur disponibilité, leur bienveillance et surtout leur grand soutien quand j’en avais besoin.
Je garde aussi mes remerciements les plus chaleureux à mes collègues et amis au sein du LOMC avec qui j’ai partagé de nombreux bons moments : Bouchra, Céline, Nezha, Joanna, Raounak, Alaa, Benoit, Anthony, Rina, Hind, Kamal, Clément, Jean-Baptiste.
Mes derniers remerciements et gratitudes vont aux membres de ma famille, qui sans leur présence dans ma vie, je ne saurai être ce que je suis : Mes très chers parents, ma sœur, mon frère et mon très cher mari. Merci de m’avoir soutenu pendant tous les moments difficiles, merci d’avoir cru et de toujours croire en moi, votre amour et vos encouragements m’ont donné la force d’aller jusqu’au bout de ce projet, enfin, merci tout simplement d’être ce que vous êtes pour moi.
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Sommaire
Introduction ... 13
1 Un peu d’histoire ... 14
1.1 Les plus grands incendies de l’histoire ... 14
1.2 La lutte contre le feu à travers les siècles : ... 14
2 Objectifs et plan de la thèse ... 16
Chapitre 1 ... 19
1 L’approche fondamentale ... 20
1.1 Les feux de compartiments ... 20
1.1.1 Généralités ... 20
1.1.2 Les étapes de développement du feu ... 20
1.1.3 La combustion ... 21
a- La combustion du bois : ... 22
b- La pyrolyse ... 23
1.2 Les transferts thermiques ... 23
1.3 Le développement d’un feu de compartiment (milieu confiné) ... 24
1.3.1 La phase initiale du feu ... 24
1.3.2 La phase de propagation du foyer ... 25
1.3.3 Période de transition vers le Flash-over ... 25
a- Milieu bien ventilé ... 25
b- Milieu sous-ventilé ... 25
1.3.4 La Phase de plein développement du feu ... 26
1.3.5 Les phénomènes particuliers liés aux feux sous-ventilés ... 26
1.4 Inflammation ... 27
1.4.1 Auto-inflammation ... 27
1.5 La dispersion de la fumée ... 28
1.5.1 Généralités ... 28
1.5.2 Composition chimique de la fumée ... 29
1.5.3 Les accidents thermiques ... 29
a- L’embrasement généralisé éclair : ... 30
b- L’explosion de fumée ... 31
2 L’approche opérationnelle ... 32
2.1 Organisation de l’intervention ... 32
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2.1.1 La marche générale des opérations incendies ... 32
2.1.2 Les techniques de lutte en volume clos ou semi-ouvert ... 33
2.2 La ventilation opérationnelle ... 34
2.3 Les risques sur le terrain ... 36
Chapitre 2 ... 39
1 Généralités ... 40
2 Ensemble de l’instrumentation ... 41
2.1 La vitesse des fumées ... 41
2.2 Mesure des températures de fumées ... 41
2.2.1 Les thermocouples ... 41
2.2.2 Le choix de thermocouple ... 42
2.3 Les conditions atmosphériques ... 43
2.4 Le système d'acquisition de données ... 45
3 Choix du combustible et du foyer ... 45
4 Les configurations expérimentales étudiées ... 47
4.1 Incendie d’une chambre d’hôpital ... 47
4.2 Etude de l’évolution du feu dans un caisson d’entrainement ... 49
4.3 Étude de la propagation des fumées dans un couloir... 50
5 Conclusion ... 52
Chapitre 3 ... 55
1 Les séries temporelles : ... 56
1.1 Classification des différentes méthodes de prédiction : ... 56
1.2 Exemple d’un concours : ... 57
2 Les moyennes mobiles : ... 57
2.1 Définition générale : ... 57
2.2 Calcul de la moyenne mobile des températures : ... 58
2.3 Calcul du retard entre la courbe de température et sa moyenne mobile : ... 58
2.4 Comparaison de deux moyennes mobiles dans le passé... 60
2.4.1 Application de l’approche sur différents signaux de température ... 62
2.4.2 Bilan : ... 68
2.5 Méthode d’analyse et de "prédiction" des risques en temps réel : ... 68
3 Analyse par comparaison de deux moyennes mobiles dans le passé : feux de compartiment avec un foyer de buchettes étagées croisées ... 69
3.1 Dispositif expérimental : ... 69
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L’expérimentation en quelques images : ... 72
3.2 Analyse de la situation et « prédiction » de danger ... 74
3.2.1 Évolution des températures dans l’ensemble du local ... 74
3.2.2 Analyse d’un point fixe de l’espace à deux distances dans le passé ... 75
3.3 Bilan : ... 82
4 Vérification de la validité de la méthode des deux moyennes mobiles dans le passé par une nouvelle analyse d’un essai d’incendie réel ... 83
4.1 Description de l’essai ... 83
L’expérimentation en quelques images : ... 84
4.2 Analyse de situation et détection des risques ... 86
4.2.1 Évolution des températures dans l’ensemble du local ... 86
4.2.2 Analyse d’un point fixe de l’espace à deux distances dans le passé ... 87
4.3 Bilan... 89
4.4 La valeur idéale de la distance dans le passé des moyennes mobiles ... 89
5 Conclusion ... 92
Chapitre 4 ... 95
1 Définition générale de la méthode d’analyse par comparaison de moyennes mobiles dans l’espace ... 96
1.1 Exemple d’étude de cas ... 96
1.2 Bilan... 98
2 Application sur un cas simple ... 98
2.1 Dispositif expérimental... 98
2.2 Choix de la distance dans le passé des moyennes mobiles la plus adaptée ... 98
... 100
2.3 Analyse par comparaison de moyennes mobiles de températures dans l’espace et bilan comparatif ... 103
3 Application sur un cas complexe ... 109
3.1 Dispositif expérimental... 110
3.2 Analyse de l’évolution des températures ... 112
4 Conclusion ... 127
Chapitre 5 : Conclusion générale et perspectives ... 131
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Liste des figures
Figure 1: Seringue d’attaque du XVIème siècle ... 15
Figure 2: Première pompe avec tuyau de cuir ... 15
Figure 1. 1: Représentation schématique simplifiée de l’évolution de la température moyenne d’un feu de compartiment avec apparition d’un flash-over ... 21
Figure 1. 2: Schéma du triangle de feu qui représente les trois conditions nécessaires pour avoir une combustion ... 22
Figure 1. 3: Schéma illustrant les différents échanges thermiques lors d’un incendie de compartiment ... 23
Figure 1. 4: Les évolutions possibles d’un incendie en milieu confiné ... 24
Figure 1. 5: Schéma représentant le processus de production de fumée lors d’un incendie [14] ... 29
Figure 1. 6 : Images représentant le passage soudain d’un feu localisé à l’embrasement de la totalité des combustibles présent dans la pièce [19] ... 30
Figure 1. 7 : Explosion des fumées au contact de l’air frais suite à l’ouverture réalisé par le sapeur- pompier [19]... 31
Figure 1. 8: Ventilateur Hydraulique LEADER ... 35
Figure 2. 1: Composition d’un thermocouple ... 41
Figure 2. 2: Station météorologique ... 43
Figure 2. 3: a) Exemple de foyer de buchettes de bois étagées croisées ... 46
Figure 2. 4: Photos d’époque de l'expérimentation ... 48
Figure 2. 5: Caisson d’entrainement des sapeurs-pompiers ... 49
Figure 2. 6: Sapeurs-pompiers en formation de maîtrise des différentes techniques de lance ... 49
Figure 2. 7: Image représentant le couloir expérimental ... 51
Figure 2. 8: Image représentant le couloir expérimental avec l’ouverture principale réduite ... 51
Figure 3. 1: La figure montre le retard d’un demi-intervalle entre la série de valeur de références en bleu et sa moyenne mobile d’ordre N=10 en rouge ... 60
Figure 3. 2: Échelle de temps représentant les différents paramètres de calculs de la moyenne mobile dans le passé ... 61
Figure 3. 3: Courbe des températures en phase croissante et ses deux moyennes mobiles à 10s et 15s dans le passé ... 62
Figure 3. 4: Signal de température en croissance et deux points représentant la moyenne mobile à court et à long terme à l’instant ti=15s ... 63
Figure 3. 5: Signal de température et ses deux moyennes mobiles à court (-10s) et à long (-15s) terme ... 64
Figure 3. 6: Courbe des températures en phase décroissante et ses deux moyennes mobiles à 10s et 15s dans le passé ... 64
Figure 3. 7: Courbe de température évoluant en deux phases, croissante puis décroissante, et ses deux moyennes mobiles à 10s et 15s dans le passé ... 65
Figure 3. 8: Courbe des températures évoluant en deux phases, décroissante puis croissante, et ses deux moyennes mobiles à 10s et 15s dans le passé ... 66
Figure 3. 9: Courbe des températures évoluant en trois phases (croissante, plateau puis décroissante) sans accident thermique et ses deux moyennes mobiles à 10s et 15 s dans le passé ... 67
Figure 3. 10: Courbe des températures évoluant en trois phases (croissante, plateau puis décroissante) avec accident thermique et ses deux moyennes mobiles à 10s et 15 s dans le passé .. 68
Figure 3. 11: Photo prise du côté gauche du container dans lequel a eu lieu l’expérimentation ... 70
Figure 3. 12:... 71
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Figure 3. 13: Photo du foyer prise à l’intérieur du caisson (120 buchettes en bois agglomérée étagées
croisées) ... 72
Figure 3. 14: Photo de l’intérieur du caisson prise devant le foyer ... 72
Figure 3. 15: Vue de l’extérieur du foyer en flamme, photo prise en face de la porte d’entrée principale du caisson ... 73
Figure 3. 16: Ensemble des évolutions des températures de fumées mesurées dans le caisson tout au long de l’essai en fonction du temps... 74
Figure 3. 17: Evolutions des températures de fumées mesurées à l’entrée et au milieu du caisson et dans le foyer à différentes hauteurs en fonction du temps ... 75
Figure 3. 18: Evolution des températures mesurées par le thermocouple placé à 50cm en dessous du plafond à l’entrée du caisson et ses deux moyennes mobiles à 15s et 30s dans le passé ... 76
Figure 3. 19: Zoom sur la partie étudiée ... 76
Figure 3. 20: Evolution des températures mesurées par le thermocouple placé à 50cm en dessous du plafond au milieu du caisson et ses deux moyennes mobiles à 15s et 30s dans le passé ... 78
Figure 3. 21:... 79
Figure 3. 22: Evolution des températures mesurées par le thermocouple placé à 50cm en dessous du plafond dans le foyer et ses deux moyennes mobiles à 15s et 30s dans le passé ... 80
Figure 3. 23: Zoom sur la partie étudiée ... 81
Figure 3. 24: Schéma représentant une vue de haut du bâtiment ou a eu lieu l’expérimentation ... 84
Figure 3. 25: Photo d’époque montrant la sortie des flammes lors de l'expérimentation ... 84
Figure 3. 26: Photo d’époque montrant la chambre où a eu lieu l’expérimentation et des équipements utilisés comme combustible ... 85
Figure 3. 27: Photo d’époque montrant le couloir montrant aussi les câblages de la chaine de mesure ... 85
Figure 3. 28: Évolution des températures des fumées mesurées à l’époque à différents points tout au long de l’expérimentation ... 86
Figure 3. 29: La température en fonction du temps et ses deux moyennes mobiles calculées à 15s et 30s dans le passé ... 88
Figure 3. 30: Evolution des températures et ses moyennes mobiles calculées dans le passé (5s , 10s, 15s, 30s, 1min, 5min et 10 min) ... 91
Figure 4. 1: Schéma représentant un cas d’incendie d’une pièce (foyer+ 1 cible) ... 96
Figure 4. 2: Moyennes mobiles à (-30s) des températures enregistrées dans le foyer et au niveau de la cible... 97
Figure 4. 3: Schéma explicatif représentant le dispositif expérimental utilisé ... 98
Figure 4. 4: Signal brut de l’évolution des températures enregistrées par les 8 thermocouples placés tout au long du couloir expérimental ... 99
Figure 4. 5: Zoom sur la partie étudiée comprise entre 100s et 1100s ... 100
Figure 4. 6: Moyennes mobiles à (-15s) des températures mesurées, le long du local expérimental, de 100s à1100s du temps de combustion ... 101
Figure 4. 7: Moyennes mobiles à (-30s) des températures mesurées, le long du local expérimental, de 100s à 1100s du temps de combustion ... 101
Figure 4. 8: Moyennes mobiles à (-60s) des températures mesurées, le long du local expérimental, de 100s à 1100s du temps de combustion ... 102
Figure 4. 9: Moyennes mobiles à (-120s) des températures mesurées, le long du local expérimental, de 100s à 1100s du temps de combustion ... 102
Figure 4. 10: Schéma explicatif représentant le dispositif expérimental utilisé ... 103
Figure 4. 11: Etude par partie des moyennes mobiles à (-30s) des températures mesurées dans le caisson d’expérimentation entre 100s et 1100s du temps de combustion (a, b, c, d et e) ... 108
Figure 4. 12: Schéma explicatif du dispositif expérimental utilisé ... 110
Figure 4. 13: Moyennes mobiles à (-30s) de l’évolution des températures tout au long du couloir expérimental ... 111
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Figure 4. 14: Comparaison de l’évolution de la moyenne mobile à (-30s) des thermocouples situés entre le foyer et le milieu du couloir, de 50s à 550s du temps de combustion ... 112 Figure 4. 15: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés dans le foyer et entre le milieu et l’entrée du couloir, de 50s à 550s du temps de combustion ... 113 Figure 4. 16: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés entre le foyer et le milieu du couloir, de 550s à 1050s du temps de combustion ... 115 Figure 4. 17: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés dans le foyer et entre le milieu et l’entrée du couloir, de 550s à 1050s du temps de combustion ... 116 Figure 4. 18: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés entre le foyer et le milieu du couloir, de 1050s à 1150s du temps de combustion ... 118 Figure 4. 19: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés dans le foyer et entre le milieu et l’entrée du couloir, de 1050s à 1550s du temps de combustion . 119 Figure 4. 20: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés entre le foyer et le milieu du couloir, de 1150s à 2750s du temps de combustion ... 122 Figure 4. 21: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés entre le foyer et le milieu du couloir, de 1550s à 2750s du temps de combustion ... 123 Figure 4. 22: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés le long du couloir, de 2750s à 3150s du temps de combustion ... 125 Figure 4. 23: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés entre le foyer et le milieu du couloir, de 3150s à 3500s du temps de combustion ... 126 Figure 4. 24: Comparaison de l’évolution des moyennes mobiles à (-30s) des thermocouples situés dans le foyer et entre le milieu et l’entrée du couloir, de 3150s à 3500s du temps de combustion . 127
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Liste des tableaux
Tableau 1.1 : Différentes substances et leurs températures d’auto-inflammation ... 28 Tableau 2. 1: Les différents types de thermocouple et leurs caractéristiques [28] ... 42 Tableau 2. 2: Comparaison de tailles de thermocouples utilisés dans des tests de feux de
compartiment [29] ... 43
Tableau 3. 1: Tableau des croisements des deux moyennes mobiles avec l’instant de signalement de chaque évènement selon l’emplacement du thermocouple ... 82
Tableau 4. 1: Tableau comparatif représentant l’instant de croisement de deux courbes de
température au point A à différentes distances de moyennes mobiles ... 103 Tableau 4. 2: Tableau comparatif représentant le temps de signalement des évènements par simple observation sur le terrain et par analyse des moyennes mobiles (cas simple) ... 109 Tableau 4. 3: Tableau comparatif représentant le temps de signalement des évènements par simple observation sur le terrain et par analyse des moyennes mobiles (cas complexe: de 50s à 550s) ... 114 Tableau 4. 4: Tableau comparatif représentant le temps de signalement des évènements par simple observation sur le terrain et par analyse des moyennes mobiles (cas complexe: de 550s à 1050s) . 117 Tableau 4. 5: Tableau comparatif représentant le temps de signalement des évènements par simple observation sur le terrain et par analyse des moyennes mobiles (cas complexe : de 1050s à 1550s) ... 121 Tableau 4. 6: Tableau comparatif représentant le temps de signalement des évènements par simple observation sur le terrain et par analyse des moyennes mobiles (cas complexe: de 1550s à 2750s) 124 Tableau 4. 7: Tableau comparatif représentant le temps de signalement des évènements par simple observation sur le terrain et par analyse des moyennes mobiles (cas complexe: de 2750 à 3150s) . 126
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Introduction
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1 Un peu d’histoire
1.1 Les plus grands incendies de l’histoire
Depuis la nuit des temps l’homme a cherché à domestiquer son environnement. L’élément l’ayant certainement le plus fasciné est le feu. Le moment de sa première utilisation a constitué une étape majeure de l’évolution humaine. La plupart des préhistoriens s’accordent pour penser que l’aptitude à créer une flamme sans utiliser un feu préexistant remonte à environ 30 000 ans [1].
La maîtrise ou la domestication du feu par les premiers hommes est quant à elle un point important de l'aspect culturel de l'évolution humaine, c’est ce qui a permis à l'Homme de faire cuire de la nourriture et d'obtenir chaleur et protection. Faire du feu a également permis l'expansion de l'activité humaine durant la nuit et a fourni une protection contre les prédateurs.
L’organisation de la vie sociale a été indéniablement favorisée par la maîtrise du feu, ne serait-ce que grâce à la convivialité qu’il offre [2].
Mais l’homme s’est rapidement rendu compte que le feu peut facilement se propager et de manière incontrôlée représentant un danger pour ses biens, ses lieux de regroupement et surtout sa vie, ainsi, il a dû s’organiser pour lutter contre les incendies en même temps qu’il se socialisait.
Au cours du moyen âge, l’usage du feu se diversifie, allant du foyer d’habitation au feu destiné à l’artisanat, que ce soit pour la métallurgie, la poterie, la bijouterie, le travail du verre, la cuisine, ou même pour la guerre. L’utilisation du bois, combustible alors le plus employé, se perfectionne en même temps que les incendies continuent à ravager les cités.
Parmi les plus grands incendies qui ont marqué l’histoire, nous retrouvons en premier l’incendie de la bibliothèque d’Alexandrie (47 Av Jésus christ) qui représentait la plus célèbre bibliothèque de l'Antiquité et réunissait les ouvrages les plus importants de l'époque, l’incendie aurait ainsi mené à la perte de plus de 40 000 copies manuscrites [3].
Nous retrouvons aussi l’incendie de Rome qui éclata dans la nuit du 18 juillet 64 et sévit pendant six jours et sept nuits en se propageant pratiquement dans toute la ville. Les morts se comptèrent par milliers et on dénombra environ deux cent mille sans-abris. De nombreux édifices publics et monuments furent aussi détruits [4].
Enfin, le grand incendie de Londres en 1666 qui dura 5 jours et détruisit 10000 maisons.
Les conséquences économiques et sociales de cet incendie ont été accablantes [5].
En France le plus ancien incendie remonte à 52 av. J.-C. à Lutèce (Paris). La ville a connu d’autres incendies en 585, 1037, 1059 et 1132, mais ne fut jamais détruite. Au contraire de Rouen 1200, Toulouse 1463 et Bourges 1487 qui ont été totalement détruite par des feux dévastateurs.
Face à ce fléau, très rapidement les souverains vont prendre des dispositions pour éradiquer ce fléau. La réglementation contre les risques d’incendie en France naît ainsi au début du XVème siècle.
1.2 La lutte contre le feu à travers les siècles :
Dans l’antiquité, la lutte contre les incendies était organisée de façon préventive dans les grandes cités.
En Grèce, par exemple, des gendarmes parcouraient les rues chaque nuit, afin de déceler d’éventuels incendies.
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Tandis qu’à Rome on disposa très tôt d’un service d’incendie composé d’une légion de 2000 vigiles qui fut consacrée à la lutte contre le feu. Un tel service se justifiait par les nombreux risques que courait la cité romaine ; où les maisons étaient essentiellement construites en bois et en paille.
Au Moyen-Âge, la lutte contre le feu avait un caractère essentiellement préventif. Le rôle des guetteurs dans les tours qui dominaient les villes était de donner l’alarme afin que la population puisse se précipiter pour éteindre le feu ou du moins limiter les dégâts.
A cette époque, les sauveteurs disposaient de peu de moyens, quelques seaux d’eau qu’ils utilisaient non pas pour attaquer le foyer, mais surtout pour éviter la propagation du sinistre.
Le problème technique restait insoluble : comment attaquer le foyer de l’incendie, dont la chaleur empêchait le sauveteur de projeter l’eau sur la base des flammes ?
Un premier progrès fut réalisé au début du XVIème siècle avec l’utilisation d’une espèce de seringue d’un mètre de long, actionnée par trois hommes, elle avait une portée d’une dizaine de mètre (Figure 1).
Figure 1: Seringue d’attaque du XVIème siècle
Vers 1650, l’Allemand Hans Hausch mit au point une version géante de ces seringues.
D’une capacité de loin supérieure, elle présentait néanmoins le grave inconvénient d’être lourde et encombrante. Lorsque la chaleur augmentait au pied des flammes, beaucoup de ces machines finirent donc leur existence dans les feux qu’elles étaient censées éteindre.
Ce fut finalement le Hollandais, Jan Van Der Heiden, peintre baroque et inventeur qui a grandement contribué à la lutte contre les incendies, qui résolut en 1672 le problème des pompes à portée insuffisante en inventant le tuyau de cuir (Figure 2).
Figure 2: Première pompe avec tuyau de cuir
Dès lors, munis de cette nouvelle invention, les combattants du feu découvrirent un atout essentiel : la mobilité, ils pouvaient désormais parvenir à une distance raisonnable du centre du
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sinistre et si par hasard le rayonnement devenait trop intense, plus rien ne les empêchait de se retirer tout en continuant à arroser le feu.
Ce dispositif ne fut construit en France qu’en 1699 par François du Mouriez du Perrier qui obtint du Roi Louis XIV le privilège exclusif de sa fabrication.
Ce perfectionnement technique entraîna l’obligation de former des spécialistes capables de le mettre en œuvre efficacement.
François Dumouriez fut chargé, en 1716, d’organiser le premier corps de « gardes-pompes
» de soixante personnes et devint pour la postérité : Le premier pompier de France.
En 1811, à la suite de l’incendie de l’Ambassade d’Autriche de 1810, Napoléon créa le premier corps professionnel de sapeurs-pompiers. Il organisa les pompiers de Paris sous la forme d'un corps militaire par le décret du 28 septembre 1811. C'est depuis ce décret que le terme sapeur-pompier est officiellement utilisé [6].
Actuellement, c’est le service département d’incendie et de secours1, établissement public chargé de la prévention, de la protection et de la lutte contre les incendies. Il comporte un corps départemental et métropolitain de sapeurs-pompiers, un service de santé et de secours médical, et est organisé en centres d'incendie et de secours au niveau de chaque département. Chaque SDIS est désigné par le numéro de son département (ex : SDIS 76).
2 Objectifs et plan de la thèse
L’étude des incendies représente un sujet très complexe pour l’approche fondamentale en raison de ses différentes spécificités. Il est donc obligatoire d’y procéder au cas par cas.
Dans ce travail de thèse, nous allons nous intéresser à l’étude des incendies en espace semi clos de configuration complexe, tels que les feux d’habitation et établissements publics, industriels et commerciaux.
L’intervention des sapeurs-pompiers contre ces feux de bâtiment comporte un grand nombre de risques qui peuvent mettre leur vie en péril. La fumée est l’un de ces dangers majeurs. En effet, elles sont souvent à très hautes températures et sont surtout très mobiles, ainsi leur passage par des endroits étroits tels que les couloirs ou les gaines techniques peut provoquer des explosions ou propager le sinistre par la création de nouveaux foyers plus éloignés du foyer initial.
De plus les nouveaux matériaux de construction et les nombreuses couches d’isolation participent à la concentration de la chaleur ce qui rend l’intervention encore plus difficile notamment en phase d’attaque.
Un autre problème se pose lors l’intervention contre les feux de compartiments, lorsque les sapeurs-pompiers arrivent sur les lieux du sinistre, ils n’ont aucune information sur ce qui se passe à l’intérieur et doivent malgré cela intervenir le plus rapidement et plus efficacement possible. Ils ne peuvent se fier qu’à leurs expériences sur le terrain pour déterminer la bonne stratégie à entreprendre
L’objectif principal de la thèse est de répondre en temps réel au manque d'information des secours sur l'état de l’incendie et des éventuels dangers. Nous proposons donc une nouvelle méthode d’analyse de situation et de détection de risque, méthode utilisable sur site qui
1 SDIS
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permettra d’apporter aux opérateurs une aide à la décision opérationnelle avec d’avantage de sécurité.
L’incendie est étudié comme un phénomène physique, ce qu’il est, et analysé à partir des relevés de température des fumées tout au long de l’évolution du feu. La particularité de l’étude a été d’examiner ces relevés de températures comme des séries temporelles et d’étudier leurs caractéristiques à partir de deux moyennes mobiles dans le passé.
Cette méthode a permis de montrer que l’entrecroisement des moyennes mobiles donne des informations pertinentes, en temps réel, sur l’évolution à venir du feu et sur la possibilité de détecter l’apparition possible de phénomènes thermiques catastrophiques, tel que l’explosion des fumées et l’embrasement généralisé éclair.
Il est vrai que ces « prédictions » se font à quelques dizaines de secondes, mais nous pensons que cela peut permettre au commandant d’opération de secours de mieux savoir ce qui se passe au sein du local en feu, ce qui lui permettra de mieux définir les actions à mettre en œuvre afin de sécuriser l’intervention de ses équipiers.
Le plan de ce manuscrit est le suivant : Chapitre 1 :
Une étude bibliographique et théorique concernant les feux de compartiments. Les fumées et l’approche opérationnelle permet d’introduire les notions utilisées par la suite.
Chapitre 2
Ce chapitre donne une description détaillée des éléments et dispositifs expérimentaux utilisés pour l’ensemble de l’étude.
Chapitre 3
Dans cette partie du manuscrit, nous allons introduire la méthode d’analyse de risque par comparaison de deux moyennes mobiles dans le temps. Ensuite nous l’appliquerons à deux cas d’études, l’un simple et l’autre complexe, afin d’étudier son efficacité sur le terrain.
Chapitre 4
Pour ce chapitre nous allons suivre la même démarche que celle du chapitre précédent (Ch.4) pour vérifier cette fois-ci la méthode d’analyse de risque par comparaison de deux moyennes mobiles dans l’espace. Nous l’appliquerons aussi sur deux cas d’études, simple et complexe.
Chapitre 5
Il s’agit de la conclusion de ce mémoire qui comporte un bilan général sur les différents aspects de l’utilisation combinée des deux méthodes évoquées au Ch.3 et Ch.4.
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Chapitre 1
Approche fondamentale et
opérationnelle de la lutte contre les
feux de compartiments
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Présentation
Le présent chapitre porte sur un ensemble de généralités concernant les éléments théoriques fondamentaux, et l’approche opérationnelle de la problématique de la thèse.
L’approche fondamentale comporte une introduction générale sur les éléments théoriques concernant les feux de compartiments. Son objectif principal et de permettre de mieux comprendre les bases de chaque phénomène et ainsi définir les points clés de l’étude.
Quant à l’approche opérationnelle, elle porte sur les démarches suivies par les sapeurs- pompiers et les différentes techniques qu’ils mettent en place dans leur lutte contre les feux de compartiments. L’objectif principal de cette partie du chapitre est d’examiner le problème du manque d’information précise sur la nature du feu, sur son évolution et sur les risques qui peuvent apparaître lors de l’intervention des sapeurs-pompiers afin de pouvoir proposer des solutions d’aide aux décisions opérationnelles en temps réels afin d’améliorer l’efficacité des sapeurs-pompiers lors de leurs interventions sur feux de compartiments.
1 L’approche fondamentale
1.1 Les feux de compartiments 1.1.1 Généralités
Contrairement au feu non confiné où une grande partie de la chaleur générée par le combustible se perd par rayonnement et convection, les feux de compartiment sont soumis à l’influence de plusieurs éléments constituants le local.
Les éléments tels que les parois ou les objets inflammables qui entourent le foyer absorbent une partie de la chaleur radiante produite par le feu. La partie qui n’est pas absorbée est donc réfléchie et augmente la température du foyer ainsi que la vitesse de la combustion.
La fumée générée est aussi à de très hautes températures et participe au transfert de chaleur aux matériaux à température ambiante.
Quant aux ouvertures, elles peuvent être une source d’oxygène et de ventilation naturelle non contrôlables. Ainsi, la taille du local, la taille et le nombre des ouvertures influencent également le développement du feu.
1.1.2 Les étapes de développement du feu
En théorie ou lors de l’analyse des données, il est simple de définir les différentes étapes de développement de l’incendie (Figure 1.1) car elles apparaissent clairement sur la courbe caractéristique du feu. En revanche, sur le terrain, il est souvent très difficile de les différencier ou de déterminer le temps de déroulement de chacune des phases [7].
La croissance : Au début de la combustion, durant cette phase le feu se développe en générant de la fumée qui se propage horizontalement dans la partie haute du local en se dirigeant vers les ouvertures. Si la quantité d’oxygène est suffisante, le feu continue à se développer soit par propagation de flammes ou par l’allumage d’autres matériaux présents dans le compartiment.
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C'est au cours de cette phase que l'incendie peut cesser de lui-même s’il manque d’air ou de ventilation ou, bien au contraire, se généraliser à cause de phénomènes thermiques tels que l’explosion des fumées ou l’embrasement généralisée éclair.
Quand l’un de ces accidents thermiques survient en cours de croissance, on pourrait le considérer comme une phase intermédiaire et c’est cette phase qui est généralement la plus importante à étudier car le développement de l'incendie est alors inéluctable, et la sécurité des victimes et des sapeurs-pompiers est souvent liée à cette période.
Le plein développement : A cette étape le dégagement d’énergie est à son maximum. Sur la courbe caractéristique on peut voir que les températures sont élevées mais restent stables en formant presque un plateau. En effet, les gaz imbrûlés se concentrent au niveau du plafond et peuvent dans certains cas brûler en continu en produisant des flammes souvent visibles par les ouvertures.
La décroissance : Cette phase démarre dès que le combustible s’épuise ou lorsque la situation a été maîtrisée par l’intervention des sapeurs-pompiers. L’incendie régresse et les températures commencent à décroitre. Il faut savoir que même pendant cette phase le danger est toujours présent, car tant qu’on est dans une zone de températures très hautes, environ au- dessus des 400°c, il est possible qu’un accident thermique survienne ou que de nouveaux foyers se créent par transfert thermique de quelque manière que ce soit.
Figure 1. 1: Représentation schématique simplifiée de l’évolution de la température moyenne d’un feu de compartiment avec apparition d’un flash-over
1.1.3 La combustion
En théorie, la combustion est un ensemble de réactions chimiques d’oxydo-réduction qui dégagent de la chaleur. Ce dégagement de chaleur correspond à un gain d’énergie résultant de la rupture des liaisons entre les molécules du combustible et de la création de nouvelles molécules plus stables [8].
Ces réactions ne peuvent avoir lieu qu’en présence de deux réactifs, le combustible et le comburant. Ces deux réactifs nécessitent aussi de la chaleur, c’est-à-dire des températures importantes.
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Nous pouvons ainsi représenter la réaction de combustion par son équation et par le schéma simplifié suivant :
Combustible + Comburant Produits de la réaction + Chaleur dégagée
Figure 1. 2: Schéma du triangle de feu qui représente les trois conditions nécessaires pour avoir une combustion
Le « triangle de feu » (Figure 1.2) est un modèle très simplifié, mais qui permet de comprendre les éléments nécessaires pour l’apparition des flammes. Ainsi, la suppression ou l’isolement de l’un de ces trois éléments provoque automatiquement l’arrêt de la combustion.
Les combustibles prenant part aux incendies sont très nombreux et de différents types de matériaux. Ils peuvent être sous forme gazeuse, liquide ou solide. Nous pouvons citer les thermoplastiques, les polymères thermo-durcis ou d’autres produits dérivés du bois [9].
Chaque combustible a ses propres propriétés, dont par exemple le pouvoir calorifique qui correspond à la chaleur de combustion propre à chaque matériau et qui représente précisément la quantité d’énergie produite par unité de masse de combustible lors d’une combustion complète de celui-ci.
Le pouvoir calorifique est caractérisé par deux valeurs, le PCI, qui est le Pouvoir Calorifique Inférieur et qui ne prend pas en compte l’énergie de condensation de l’eau produite par la combustion, et le PCS, le Pouvoir Calorifique Supérieur, où l’énergie de condensation de l’eau est prise en compte.
a- La combustion du bois :
Les bâtiments sont composés de nombreux matériaux qui sont devenus de plus complexes car produits à partir de la chimie du pétrole. Ces nouveaux matériaux produisent des fumées contenant des produits chimiques très combustibles, voire facilement explosifs.
Il aurait fallu utiliser ce genre de combustible pour ce travail de recherche. Cependant, par commodité dans cette première approche, nous avons choisi d’utiliser du bois compte tenu que beaucoup d’études ont été réalisées avec ce matériau. Malgré ce choix restrictif, comme on pourra le voir les résultats permettent une approche assez précise des phénomènes analysés.
Le bois est un composé naturel constitué d’un mélange complexe de différents polymères dont les principaux sont la cellulose, l’hémicellulose et la lignine [10]. La décomposition de ces polymères se fait par pyrolyse entre 200°c et 500°c. Le taux d’humidité du bois varie selon son environnement.
Lorsqu’un morceau de bois est soumis à un flux thermique, il apparaît, à partir d’une température de surface d’environ 200 ˚C, une zone de pyrolyse se propageant au sein du solide.
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En même temps se produit un processus de carbonisation donnant naissance à une couche carbonisée en surface dont l’épaisseur augmente au cours du temps [11].
b- La pyrolyse
Lors d’un incendie, les matériaux combustibles se trouvant dans les zones appauvries en oxygène tels que les fumées ou l’intérieur des flammes sont soumis à un important flux thermique. En réaction, ils se dégradent et produisent beaucoup de gaz. Cette décomposition thermique est ce que l’on appelle la pyrolyse, elle permet de générer des combustibles volatiles à partir du corps solide et alimente ainsi les flammes.
1.2 Les transferts thermiques
Afin que la pyrolyse puisse démarrer, il faut que la chaleur atteigne le combustible. Cette action a lieu grâce aux transferts thermiques (figure 1.3). Ainsi, il est important de comprendre les différents échanges thermiques dans le compartiment en feu avant d’aborder la propagation des fumées et les différentes techniques qui permettent de la contrôler.
La chaleur est transférée des matériaux ayant une température plus élevée, vers ceux qui sont à température plus basse, ceci par trois mécanismes principaux : Le rayonnement, la convection, et la conduction.
Le transfert thermique par conduction nécessite un contact direct entre un matériau chaud et un matériau de température inférieure. Ainsi c’est grâce à la conduction que les gaz chauds sont en contact avec les combustibles dont la température est plus basse.
Le transfert thermique par convection est dû au déplacement de particules de différentes températures, il se déroule dans un fluide (un liquide ou un gaz) [12]. Comme nous l’avons déjà expliqué plus haut, il en résulte la pyrolyse produisant des combustibles volatiles à très hautes températures qui se répandent dans l’espace et transfèrent leur énergie thermique à une partie du système. Cette opération a lieu grâce aux mouvements des masses gazeuses sous l’effet des différences de pression et à la convection.
L’énergie calorifique part d’un objet chaud dans toutes les directions sous forme de rayonnement électromagnétique. En effet, le rayonnement est un moyen qui n'a pas besoin de support matériel, tous les objets chauds présents dans le compartiment en feu émettent de la chaleur par rayonnement.
Figure 1. 3: Schéma illustrant les différents échanges thermiques lors d’un incendie de compartiment
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1.3 Le développement d’un feu de compartiment (milieu confiné)
Les incendies en milieu confiné constituent un problème complexe. Il est en effet impossible de décrire et de prédire tous les développements spécifiques possibles d’incendie.
Toutefois, sur la base de l’accidentologie et du retour d’expérience, il est possible d’identifier différentes phases types de développement. En effet, en fonction des produits combustibles mis en jeu, de leur agencement, de l’infrastructure et de la ventilation, il est possible d’observer différentes évolutions possibles de l’incendie conduisant chacune à des phénomènes particuliers. La Figure 1.4, représentant la température moyenne du local en feu en fonction du temps, illustre bien la multitude des évolutions possibles des incendies en milieu confiné, en particulier dans le cas des infrastructures non ventilées [13].
Figure 1. 4: Les évolutions possibles d’un incendie en milieu confiné
1.3.1 La phase initiale du feu
Durant cette phase (courbe 1 – Figure 1.4) il nous est possible de comprendre les causes du départ de l’incendie. Ces causes peuvent être diverses et dépendre de la configuration de l’espace où a lieu l’incendie.
Dans les habitations par exemple, selon le retour d’expérience des sapeurs-pompiers, il a été montré que la cause d’incendie mortel était souvent liée à l’inflammation des literies due à la cigarette. Dans le cas des installations industrielles, les causes sont très variées : origine électrique, emballement chimique, acte de malveillance….
En général, le départ du feu est issu d’un dégagement suffisant d’énergie pour permettre d’échauffer un élément combustible jusqu’à une température critique permettant de déclencher la réaction de combustion.
Page 25 sur 140 1.3.2 La phase de propagation du foyer
Cette phase (courbe 2 – Figure 1.4) correspond à la montée en puissance du feu liée à la combustion des éléments inflammables contenus dans le local incendié. Elle est exprimée par une accélération croissante de la montée en température dans le local en feu qui est plus importante que celle de la phase initiale.
Dans cette phase de propagation de l’incendie, la transition possible de la croissance du feu vers un embrasement généralisé est liée à l’emplacement des éléments combustibles dans le local.
En effet, si la quantité de combustible initiateur du feu est trop faible et que le foyer est suffisamment éloigné des autres matériaux combustibles, le flux thermique dégagé par le feu pourrait être insuffisant pour augmenter la température des autres combustibles et initier leur pyrolyse, ce qui pourrait être source d’une nouvelle inflammation.
Dans ce cas, le feu s’éteint par manque de combustible. Cette phase est exprimée par une baisse de température dans le local, représentée par la courbe 3 sur la Figure 1.4.
1.3.3 Période de transition vers le Flash-over
a- Milieu bien ventilé
Lorsque l'apport d'air frais est suffisant, le feu continue son évolution par une augmentation importante de la température dans le local en feu dépassant les 500°c. Cette phase est illustrée sur la Figure 1.4 par la courbe 4.
b- Milieu sous-ventilé
Dans le cas où l’apport d’air frais n’est pas suffisant, le feu risque de s’affaiblir très rapidement par manque d’oxygène. Ceci provoque une diminution des températures dans le local, le cas est illustré par la courbe 5 sur la Figure 1.4.
La combustion incomplète entraîne une production importante de gaz imbrûlés et de substances dangereuses, ce qui pourrait être la cause de déclenchement de différents phénomènes thermiques tels que le Backdraft et l’explosion des fumées.
Une étude plus profonde sur les phénomènes thermiques qui apparaissent lors des incendies de compartiment ainsi que les dangers qu’ils peuvent engendrer lors de l’intervention sera effectué dans la partie 1.5.3 de ce chapitre.
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1.3.4 La Phase de plein développement du feu
Cette phase correspond au plein développement de la puissance du feu. Sa durée est déterminée par la quantité de combustible, la répartition du combustible dans le local et la ventilation. Elle est appelée aussi la phase de post flash-over quand elle vient à la suite d’un embrasement généralisé.
Si l’apport d’air frais est suffisant pour maintenir la combustion de l’ensemble des matériaux inflammables présent dans le local, le risque de propagation du feu d’un local à un autre est plus important. Cela pourrait être provoqué par la propagation des fumées ou par la conduction à travers les parois du local en feu qui peut provoquer l’inflammation d’objets combustibles présents dans les pièces voisines.
Dans le cas où, après la phase de plein développement, la quantité d’oxygène présente est suffisante pour assurer la combustion complète de tous les matériaux combustibles dans le local, le feu s’affaiblit et fini par s’éteindre par manque de combustible. Cette phase est traduite par une décroissance de température dans le local comme on peut voir sur la courbe 7 de la Figure 1.4.
1.3.5 Les phénomènes particuliers liés aux feux sous-ventilés
Lors de la phase de pré-flash-over. Si le local est non-ventilé ou la ventilation du local est très limitée, la quantité d’air frais présente dans le local n’est pas suffisante. Cela correspond aux feux en régime sous-ventilé où différents phénomènes spécifiques peuvent avoir lieu :
- Le phénomène de pulsation :
Le phénomène de pulsation s’exprime par une fluctuation importante de la température du local telle que présentée par la courbe 8 sur la Figure 1.4.
Ce processus s’enclenche après une diminution de la puissance de l’incendie suite au manque d’oxygène. La température dans le local en feu se met alors à chuter, ce qui entraîne une diminution volumique des gaz contenus dans le local.
Cette diminution volumique se traduit par une pression négative dans le local. L’air extérieur est alors entraîné à l’intérieur par les ouvertures disponibles. Cet air permet alors une reprise de la combustion générant une augmentation de la température du local et donc une dilatation des gaz créant une pression positive dans l’enceinte chassant les fumées vers l’extérieur ainsi que l’oxygène encore disponible.
La puissance chute alors de nouveau et le processus se répète alors successivement, ce qui conduit à la pulsation observée [13].
- Le Backdraft :
Ce phénomène est représenté sur la courbe d’évolution de l’incendie par une montée brutale de la température dans la pièce en feu (Courbe 9 - Figure 1.4).
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Lorsqu’il survient, il est toujours précédé par une phase d’auto-extinction de l’incendie liée au manque d’oxygène (Courbe 5 – Figure 1.4). Ce phénomène est abordé plus loin dans la partie 1.5.3 de ce chapitre.
- La reprise du développement :
Ce phénomène se produit dans les mêmes conditions qu’un Backdraft suite à un apport soudain d’air frais dans le local à l’exception que la température initiale des imbrûlés est supérieure à leur température d’auto-inflammation. Ces gaz s’enflamment rapidement au contact de l’air. Le processus de mélange formant un nuage explosif n’a pas le temps de se produire. Ainsi, le phénomène explosif n’apparaît pas. (Courbe 10 - Figure 1.4).
1.4 Inflammation
Le mélange gazeux produit lors d’un incendie se compose de gaz brûlés et de gaz imbrûlés.
Les gaz brûlés sont constitués majoritairement de dioxyde de carbone, de vapeur d’eau et de gaz inertes qui ne participent pas à la réaction globale de la combustion.
Les gaz imbrûlés sont des produits de la combustion n’ayant pas complètement oxydé. Dans ce cas-là, il existe deux possibilités pour l’inflammation du mélange :
- Le mélange peut réagir et s’enflamme avec la présence d’une quantité suffisante d’oxygène et une source d’énergie (étincelles, flammes), formant une inflammation pilotée.
- Le mélange peut s’enflammer sans source locale d’énergie s’il atteint une température minimale appelée la Température d’Auto-Inflammation (TAI), formant une auto- inflammation.
1.4.1 Auto-inflammation
Le phénomène d’auto-inflammation a lieu lorsqu’un mélange ou une matière prend feu en l'absence d'une source d’énergie apparente tel qu’une étincelle ou une flamme.
La température d’auto-inflammation d’une matière est la température minimale pour laquelle l’auto-inflammation se produit.
Pour qu’il y ait une auto inflammation, la température du volume est supposée uniforme dans le temps et l’espace.
Le tableau 1.1 suivant représente les températures d’auto-inflammation de certaines substances
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Substance Température (°c)
Monoxyde de carbone 605
Papier 233
Gazole 257
Butane 287
Acétylène 305
Huile végétale 350
Méthanol 455
Benzène 555
Hydrogène 571
Tableau 1.1 : Différentes substances et leurs températures d’auto-inflammation
1.5 La dispersion de la fumée 1.5.1 Généralités
Lors d’un incendie de bâtiment, la fumée représente un danger majeur que ce soit pour les victimes en termes de toxicité ou pour les secouristes du fait des accidents thermiques qu’elle peut engendrer. Elle constitue aussi un système complexe pour l’approche fondamentale de par sa mobilité et sa composition chimique.
Nous pouvons en identifier ses trois principaux : Sa toxicité, son opacité et sa mobilité.
Toxicité : L’une des premières causes de décès lors d’un incendie est l’inhalation des fumées. Elle contient de nombreux gaz chauds, toxiques, asphyxiants et irritants qui provoquent des brûlures à l’intérieur des organes et voies respiratoires et peuvent ainsi conduire à la mort les personnes atteintes si elles ne sont pas secourues à temps.
Opacité : L’opacité de la fumée est liée aux volumes de fumées produites par la combustion. Elle représente une gêne considérable lors de l’évacuation du bâtiment en feu, cause un abaissement de la visibilité des sapeurs-pompiers et complique ainsi leur intervention.
Mobilité : Etant très mobile et souvent à de très hautes températures, elle transporte avec elle des gaz imbrûlés et particules chaudes, issus de la pyrolyse des matériaux, qu’elle répand dans les espaces par lesquelles elle se propage. Son contact avec l’air peut provoquer des accidents thermiques tels que l’embrasement généralisé éclair ou encore l’explosion des fumées. Son passage par des endroits étroits, tels que les couloirs ou les gaines techniques, peut provoquer la création de nouveaux foyers éloignés du foyer initial et ainsi propager le sinistre.
Le schéma ci-dessous (Figure 1.5), représente très schématiquement le processus de production de fumée lors d’un incendie [14].
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Figure 1. 5: Schéma représentant le processus de production de fumée lors d’un incendie [14]
1.5.2 Composition chimique de la fumée
Parmi les gaz, asphyxiants et irritants, produits par la combustion des matériaux lors d’un incendie de bâtiment, nous allons en citer les principaux suivants [15] :
• Le monoxyde de carbone (CO) et le dioxyde de carbone (CO2), représentent les produits les plus fréquents et abondants de la combustion. La quantité de CO produite est toujours la même peu importe le type du matériau brûlé (bois, plastique, mousse…).
• Les concentrations toxiques de ces gaz ont un effet immédiat et peuvent provoquer l’inconscience en quelques secondes. Ils conduisent aussi à une accélération du rythme respiratoire qui favorise l'inhalation des autres gaz toxiques.
• L’acide cyanhydrique (HCN), appelé aussi le cyanure d'hydrogène, est extrêmement irritant et toxique et peut être mortel, car il cause une anoxie2. L'intoxication aigüe peut survenir par ingestion, par inhalation, ou par contact avec la peau.
• L’acide chlorhydrique (HCl), est un produit libéré dans le cas des PVC et des synthétiques ignifugés avec du chlore (100kg de PVC peuvent libérer 57kg de HCI).
C’est un gaz irritant et corrosif et peut provoquer la mort par œdème aigu du poumon.
• Les oxydes d’azote NOx (NO, NO2) forment un groupe de gaz très réactif. Ils sont libérés avec les poly-acrylonitriles, les polyamides et les celluloïds. Les impacts des NOx sont les difficultés respiratoires. Le NO2, par exemple, est 40 fois plus toxique que le monoxyde de carbone (CO).
1.5.3 Les accidents thermiques
En plus de sa toxicité, lors d’un incendie de bâtiment, la fumée est la cause principale de la propagation du feu en espace clos ou semi-ouvert. Les deux phénomènes thermiques qui représentent un danger majeur pour les sapeurs-pompiers lors de l’intervention contre les feux
2 Anoxie : Diminution de la quantité de dioxygène disponible pour les tissus de l'organisme.
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de bâtiments, sont l’embrasement généralisé éclair (Flashover) et l’explosion des fumées (Backdraft).
a- L’embrasement généralisé éclair :
• L’embrasement généralisé éclair (Figure 1.6), représente un événement thermique de très courte durée et de grande dangerosité.
• Lors du développement du feu, il se caractérise par une inflammation soudaine et simultanée de tous les gaz émanant de la pyrolyse de tous les matériaux.
• Sur le terrain, il correspond au passage soudain d’un feu localisé à l’embrasement de la totalité des combustibles présent dans le compartiment incendié. Ainsi, il représente une grande menace, surtout au cours de la phase d’attaque des sapeurs- pompiers de par son caractère soudain, imprévisible et incontrôlable.
• Plusieurs études différentes ont été menées sur les flashovers, partant de l’étude théorique simplifiée [16], jusqu’aux applications numérique et expérimentale plus complexes [17, 18].
Figure 1. 6 : Images représentant le passage soudain d’un feu localisé à l’embrasement de la totalité des combustibles présent dans la pièce [19]
Page 31 sur 140 b- L’explosion de fumée
• L’explosion de fumée (Figure 1.7) connue aussi sous le nom de backdraft est un phénomène explosif qui peut être provoqué de deux manières, soit par un apport d’air aux gaz imbrulés à température suffisamment élevée (auto-inflammation de tous combustibles, gazeux, liquides ou solides) produit par la pyrolyse des matériaux combustibles ; soit par l’apport d’énergie d’activation (chaleur) aux fumées mélangées à de l’air. Une étude plus détaillée a été menée par Gottuk. D and Al [20].
• La configuration moderne des constructions actuelles comporte plusieurs facteurs qui favorisent l’apparition du backdraft et rend ainsi le phénomène encore plus redouté par les sapeurs-pompiers. D’une part l’isolation thermique qui rend les espaces confinés et carencés en oxygène en cas d’incendie, et d’autre part les multiples espaces étroits tels que les couloirs ou gaines techniques qui favorisent l’auto-inflammation du monoxyde de carbone.
Figure 1. 7 : Explosion des fumées au contact de l’air frais suite à l’ouverture réalisé par le sapeur-pompier [19]
Page 32 sur 140 2 L’approche opérationnelle
Avant de parler des aspects techniques de la lutte contre les incendies, nous allons commencer par une brève présentation concernant l’organisation de l’intervention afin de comprendre les bases de la démarche suivie par l’ensemble du corps opérationnel dans la lutte contre les feux de bâtiments. Une étude plus détaillée a été menée par Grimwood. P & Al [21].
2.1 Organisation de l’intervention
L’équipe d’intervention est composée comme suit :
1- Un COS3: chargé d'évaluer le sinistre, de définir la stratégie d'intervention, coordonner les binômes et remonter les informations du terrain au centre de traitement de l'alerte.
2- Binômes d’attaque : ils sont affectés à l'exploration des lieux et à l'attaque du feu.
3- Binômes d’alimentation : Ils s’occupent de la mise en place de la "division
alimentée" qui effectue le relai entre l'alimentation sur une source d'eau et la pièce de jonction (division) ou le binôme d'attaque se raccorde. Ils sont aussi prêts à intervenir en renfort des binômes d'attaque.
4- Le conducteur : Il doit s'assurer de la bonne pression en sortie des lances et que la citerne du camion soit en permanence alimentée.
2.1.1 La marche générale des opérations incendies
Afin que l'intervention des pompiers soit ordonnée et efficace, les pompiers vont suivre un cadre nommé MGO-Incendies4 qui correspond à l’ensemble des étapes à suivre lors d’une intervention pour incendie.
La MGO comporte 7 phases principales : reconnaissance, sauvetage et mise en sécurité, établissement, attaque, protection, déblai et surveillance.
Elle ne doit pas se résumer à une succession stricte et linéaire d’opérations à entreprendre, car certaines phases sont complémentaires, d’autres menées en parallèle et d’autres permanentes, tels que la mission de reconnaissance qui est renouvelée jusqu'à la fin de l'intervention.
Phase 1 : Reconnaissance et lecture du feu
• La première étape est l'exploration des lieux, ou « reconnaissance », faite par le chef d'agrès 5et un (ou deux) binôme(s) avec l'utilisation de leur appareil respiratoire isolant.
• Le but est d’évaluer la situation et de rassembler le maximum de renseignements afin de définir les objectifs et idées de manœuvre à entreprendre immédiatement.
3 COS : Commandant d’opération de secours
4 MGO-Incendies : Marche Générale des Opérations Incendies
5 Le chef d’agrès : Est le sapeur-pompier responsable de la planification et de la gestion des activités du personnel armant son véhicule
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• Les reconnaissances se poursuivront tout au long de l'intervention car elles permettent aussi d’analyser l’efficacité des actions entreprises et l’évolution du sinistre dans le temps.
• La difficulté durant cette étape est que les intervenants ne se fient qu’à leur expérience sur le terrain pour prendre les bonnes décisions qui feront que leur intervention sera efficace et en même temps sécurisée.
Phase 2 : Sauvetage et mise en sécurité
• Le sauvetage consiste à éloigner les victimes d’un péril direct ou imminent. La protection des personnes et leur mise en sécurité est une priorité pour les sapeurs.
Phase 3 : Les établissements
• C’est la mise en place des lances et du dispositif hydraulique associé qui permettra une attaque efficace, sûre et adaptée aux besoins et ressources.
Phase 4 : L’attaque du feu
• L'attaque du feu consiste à abattre les flammes pour stopper la propagation du feu, puis à l'éteindre. Elle se fait depuis les points d'attaque déterminés au plus près par un COS en fonction des risques de propagation déterminé lors de la phase de reconnaissance.
Phase 5 : La protection
• Il s’agit de limiter l’impact du sinistre et de l’action des sapeurs-pompiers (fumées, rayonnement thermique ou eaux d’extinction…) sur l’environnement direct et indirect, en engageant différentes actions tels que la ventilation des locaux, le déplacement des objets de valeurs ou le bâchage…, selon les besoins.
Phase 6 : Les déblais
• Une fois que le feu est éteint, les décombres laissent apparaitre des fumerons, il faut donc effectuer un déblai au risque de voir le feu reprendre.
• Cette phase de l’opération est tout aussi décisive que les précédentes, notamment en termes de sécurité des intervenants.
Phase 7 : La surveillance
• La surveillance consiste à maintenir sur les lieux du sinistre, du personnel et du matériel sur une période définie afin de pouvoir intervenir rapidement en cas de reprise de feu.
2.1.2 Les techniques de lutte en volume clos ou semi-ouvert
Le TOOTEM est une série de règles qui représente aussi, pour le moment, le seul moyen utilisé par les sapeurs-pompiers pour se protéger des deux phénomènes thermiques les plus redoutés : l’embrasement généralisé éclair et l’explosion de fumées.
